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Powering the Future : A Cobalt-Based Catalyst for Longer-Lasting Zinc–Air Batteries

Titelangaben

Banerjee, Manami ; Ren, Peng ; Kumar, Greesh ; Lindenbeck, Lucie ; Park, Byoung Joon ; Rokicińska, Anna ; Kuśtrowski, Piotr ; Slabon, Adam ; Ciucci, Francesco ; Dey, Ramendra Sundar ; Das, Shoubhik:
Powering the Future : A Cobalt-Based Catalyst for Longer-Lasting Zinc–Air Batteries.
In: Advanced Functional Materials. (7 Oktober 2025) . - e19329.
ISSN 1616-3028
DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202519329

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Angaben zu Projekten

Projekttitel:
Offizieller Projekttitel
Projekt-ID
Enthüllung der mikrostrukturellen und elektrochemischen Entwicklung einer Si/Sn-Nanofaserverbundanode für Lithium-Ionen-Batterien
533115776

Projektfinanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Abstract

The development of cost-effective catalysts for zinc–air batteries (ZABs) remain challenging due to the sluggish kinetics of oxygen reduction (ORR) and evolution (OER) at the cathode. In this context, a novel N-doped graphitic shell-encapsulated cobalt catalyst is presented as an air electrode with exceptional bifunctional activity, achieving an ORR half-wave potential (E1/2) of 0.81 V and an OER overpotential of 349 mV in an alkaline medium. The catalyst demonstrated excellent cycling durability and delivered superior power density in both liquid and solid-state ZABs. Furthermore, a quasi-solid-state ZAB is assembled with the catalyst, and it maintained a stable open-circuit voltage (OCV) of 1.360 V for >10 000 s. The catalyst achieved a peak power density of 127 mW cm−2—significantly outperforming the benchmark Pt/C + RuO2 system (74 mW cm−2). When two tandem-junction ZABs are connected in series, they achieved an OCV of 2.75 V and powering a “ZAB” LED strip and a mini fan. Furthermore, Density Functional Theory (DFT) calculations revealed that the enhanced performance resulted from optimized binding energies between the Co@N(py) active sites and reaction intermediates. An in situ Raman study is carried out to understand the catalytic mechanism through transient intermediate detection.

Weitere Angaben

Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Begutachteter Beitrag: Ja
Keywords: bifunctional catalyst; cobalt catalyst; oxygen evolution reaction; oxygen reduction reaction; zinc-air batteries
Institutionen der Universität: Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Organische Chemie I - Photo- und Elektrokatalyse für Nachhaltigkeit > Lehrstuhl Organische Chemie I - Photo- und Elektrokatalyse für Nachhaltigkeit - Univ.-Prof. Dr. Shoubhik Das
Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften > Lehrstuhl Elektrodendesign elektrochemischer Energiespeicher > Lehrstuhl Elektrodendesign elektrochemischer Energiespeicher - Univ.-Prof. Dr. Francesco Ciucci
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen > Bayerisches Zentrum für Batterietechnik - BayBatt
Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Eingestellt am: 14 Okt 2025 06:26
Letzte Änderung: 14 Okt 2025 06:26
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/94889